неорганический синтез
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
получение неорг. соединений. Как правило, состоит из неск. последовательных или параллельных процессов — механических, химических, физико-химических. В общем случае Н.с. включает смешение реагентов, активацию реакц. смеси и собственно химическую реакцию, выделение и очистку целевого продукта.
Выбор метода смешения определяется свойствами реагентов и продуктов и их агрегатным состоянием. Труднее всего получать однородные смеси сильно отличающихся по свойствам веществ, особенно находящихся в разных агрегатных состояниях или в виде порошков.
Наиболее распространенные м е т о д ы а к т и в а ц и и-повышение температуры и давления. При этом увеличивается скорость процессов, а также м. б. достигнуто изменение выхода и фазового состояния продуктов. Повышение давления может также приводить к изменению направления хим. реакции, понижению скорости хим. реакций в случае твердых тел, расширению области гомогенности твердых фаз, стабилизации более плотных фаз (напр., алмаза). В спец. устройствах достигают давления порядка 108–109 Па (см. давление, ударных труб метод). Для активации используют также катализаторы, электрич. ток (см. электросинтез, анодное растворение металлов), интенсивное световое излучение (см. фотохимия, лазерная химия), ионизирующее (см. радиационная химия) и микроволновое излучение, магн. поля, ультразвук, мощные пучки заряженных частиц и др. Твердые вещества активируют измельчением, истиранием, сочетанием высокого давления со сдвигом, а также спец. мех. приемами (см. механохимия).
Для синтеза неорг. соед. используют реакции-окислит.-восстановительную, комплексообразования, разложения и др., которые могут осуществляться в газовой, жидкой, твердой фазах или в гетерог. системах.
Большинство м е т о д о в о ч и с т к и неорг. веществ основано на изменении агрегатного состояния очищаемого вещества или примесей, переводе их в разл. фазы с послед. разделением фаз.
Мн. синтезы проводят в водных и неводных растворах. При этом целевой компонент или примеси переводят в осадок (осаждение, кристаллизация, высаливание, вымораживание), газовую фазу (перегонка), несмешивающуюся с исходным раствором вторую жидкую фазу (жидкостная экстракция), пену (ионная флотация), на поверхность или в объем твердого сорбента (ионообменная сорбция). Вещества в микрограммовых количествах получают также соосаждением.
Газообразные вещества очищают путем селективной конденсации (или десублимации), селективного поглощения растворами, расплавами или гранулированными твердыми веществами, твердые вещества-перекристаллизацией (в частности, в гидротермальных условиях; см. гидротермальные процессы), зонной плавкой (см. кристаллизация), с помощью химических транспортных реакций и др. Для очистки часто используют селективное окисление, восстановление или комплексообра-зование. Применяют также разл. виды хроматографии, мембранные процессы разделения, дистилляцию, ректификацию.
Использование вакуума при проведении Н. с. обеспечивает большую чистоту продуктов, а в случае термически неустойчивых веществ — больший выход. Методы плазмохимии предусматривают переведение реагентов с помощью электрич. разрядов, электрич. дуги или высокочастотных излучений в состояние низкотемпературной плазмы с послед. закаливанием продуктов.
При получении тугоплавких соед. применяют методы порошковой металлургии, реакц. спекание, химическое осаждение из газовой фазы. Некоторые сильно экзотермичные реакции проводят в условиях горения, напр. синтез P2O5-сжиганием Р на воздухе, SF6-сжиганием S в потоке F2, некоторые тугоплавкие соед. получают при беспламенном горении (см. самораспространяющийся высокотемпературный синтез).
Для получения термически неустойчивых соед., однородных смесей тонких порошков (с послед. их спеканием), для проведения реакций в матрично-изолированном состоянии используют криогенную технику (см. криохимия). Для ионной имплантации и синтеза неустойчивых веществ применяют атомные, ионные, молекулярные или кластерные пучки.
При синтезе мн. твердых веществ большое внимание уделяют их текстуре или структуре, а также морфологии поверхности, поскольку эти характеристики сильно влияют на свойства неорг. материалов. Так, сферич. однородные частицы порошков получают плазменной обработкой или с помощью золь-гель процесса. Разработаны спец. методы монокристаллов выращивания, получения монокристаллич. пленок, в т. ч. эпитаксиальных (см. эпитаксия), и волокон. Созданы методы сохранения высокотемпературных кристаллич. модификаций некоторых веществ (напр., кубич. ZrO2) при низких температурах, способы получения веществ в аморфном состоянии, приемы синтеза аморфных "сплавов" разнородных веществ (напр., сплавы Si или Ge, содержащие водород, фтор, азот и др.), разл. стеклокристаллич. материалов.
Лит.: Препаративные методы в химии твердого тела, под ред. П. Хагенмюл-лера, пер. с англ., М., 1976; Руководство по неорганическому синтезу, т. 1–6, под ред. Г. Брауэра, пер. с нем., М., 1985–86; Ключников Н. Г., Неорганический синтез. Учебное пособие, 2 изд., М., 1938; The chemistry of non-aqueous solvents, ed. by J.J. Lagowski, v. 1, N.Y., 1966.
Э. Г. Раков
